Multiwfn入门

Multiwfn入门tips文/Sobereva 2012-Nov-7Multiwfn是一个功能广泛、高效、易用的量子化学波函数分析程序。

写本文的目的是帮助刚接触Multiwfn的人能够在短时间内了解Multiwfn的基本原理以及如何使用。

但此文并不讲解程序操作过程和原理，因为这些内容已经在诸多帖子、程序手册里有详尽描述和示例。

本文着重谈一下应该优先看哪些资料，如何使用手册等问题，使读者明白Multiwfn的使用根本没有什么门槛。

与此同时也提及一些量化刚入门的用户可能会忽略的要点或困惑的问题。

本文内容对应的是Multiwfn 2.6版。

1 对使用者的要求对于量化初学者，Multiwfn当成一个工具作为黑箱来用也可以，但是我还是建议使用者具备一些最基本的理论知识，这样才能避免犯低级错误，才能更透彻地理解程序原理和输出信息的物理意义。

使用者只要仔细读过Levine的Quantum chem istry第五版或第六版（或具有相同级别的知识），就已经足够了，结合手册中对各个功能的理论的讲解，就完全能够理解Multiwfn涉及的全部功能的原理了。

绝大部分Multiwfn的功能运算效率都很高，而且支持并行，在普通个人双核机子上运行就已经挺快了。

完全没必要弄到服务器上去执行。

2 程序的下载、安装、执行和引用Multiwfn最新版本的可执行文件、源代码和手册pdf文档在 的首页上点击相应链接即可下载，老版本可以点击download标签然后下载。

文件名上带bin 或binary的表明是已编译好的可执行文件，src代表源代码文件包。

在首页的Recent update history栏目中可以看到最新版本更新了哪些内容。

在每个正式版本发布之前，有可能也把正在开发的临时版本挂在这个栏目上。

临时版本未经全面测试，手册也没写全，但是已经实现了更新历史上提到的最新功能和改进。

如果想尝鲜可以试试。

Multiwfn更新比较快。

新版本中总会不断添加新的有用的功能、改善界面设计使之更好用、修复各种bug、提升运行效率。

我强烈建议时常查看Multiwfn主页，更新到最新版本。

老版本的一些bug可能造成结果是错的，但是没有经验的用户又察觉不出来，这种情况甚至有可能使文章的研究的结论有误，这将是很大问题。

所以，即便新版本的功能用不到，也应当勤快更新至最新版本。

程序解压后即可执行。

不要解压到路径太长的文件夹里。

压缩包里的settings.ini里包含了各种运行参数，这些参数平时使用时一般不需要调节。

各个参数在文件中的//后面的注释中都有说明，大部分参数的用处在手册中会更详细地解释。

这些参数在Multiwfn启动时会被载入。

有兴趣的话，不妨将每个参数的注释都看一遍，可能会发现对你有用的。

如果是第一次使用Multiwfn，强烈建议使用Windows版，有多个原因：1 Multiwfn的开发、测试环境都在Windows下完成，所以Windows版比Linux版更可靠（运算结果应该不会有差别，因为都是相同的编译器和编译参数）。

2 Linux版Multiwfn的个别功能有限制，见手册Linux users must read部分的说明。

3 Linux版本使用时需要对系统进行一些配置，有可能需要安装缺失的库文件（见手册2.1.2节），而不像Windows版那样直接用就行，故略微麻烦。

注意Linux版可以在纯文本环境下运行，但是在纯文本环境下一些功能所具备的图形界面就无法显示了（届时会直接导致程序退出）。

程序运行后，先输入要载入的文件名，然后根据屏幕上每个选项所表示的含义，选择相应选项，或输入相应内容即可。

选项往往比较多（这是为程序的灵活性考虑），只要从选项的文字上觉得和自己的目的无关，就不必管它，这些暂时用不到的选项的用途日后会渐渐明白。

使用Multiwfn的过程中一定要注意阅读和领会屏幕上的各种信息和提示，Multiwfn会尽可能在不至于信息过于冗长的情况下，直接在屏幕上告诉用户接下来应该输入什么，免得用户老得查阅手册、记忆操作过程。

但若是遇到想不明白的地方，则应去手册里查阅相应功能对应的章节，看看是否能找到说明，或者查看教程部分，看看是否有示例。

Multiwfn很多功能能够直接图形化显示结果，当出现图形界面时，想要关闭的话就点Return按钮，如果没有此按钮，在图上直接点右键即可返回。

关闭程序直接点窗口右上角的X或者按Ctrl+C即可，人为退出时可能会显示几行出错信息，不必管它们。

如果程序运行中莫名其妙地自动关闭，这是程序遇到错误导致的，比如可能是输入的文件类型不对、输入的数值格式错误等等原因所造成，应检查后再次尝试。

如果程序在研究文章中被使用，应引用Tian Lu, Feiwu Chen, J. Comp. Chem. 33, 580 (2012)，如果把Multiwfn网站的地址也一并引用则更好（但不要只引用网址）。

这篇文献实际上是对Multiwfn 2.1.2版的一个全面性的介绍，并包含一些应用实例。

通过阅读这篇文章可以了解到Multiwfn的功能和理论基础。

但是Multiwfn 2.1.2版之后还加入了很多非常重要的功能，如定量分子表面分析、AdNDP分析、电荷分解分析等等，都没有在其中介绍。

3 程序手册Multiwfn的各种功能涉及到的基本原理、选项的含义在程序手册里都有详尽描述。

明白手册如何查阅对于使用程序是非常重要的，这样才能在200多页的手册中很快找到想要的信息。

虽然Multiwfn的手册是英文版的，但写得简明易懂，对于量子化学研究者来说语言不会成为障碍。

从2.0版开始，虽然随版本的更新手册的内容在不断扩充、完善、调整，但整体结构没有再发生变化。

这里把手册的章节编排重点强调一下。

pdf版手册只要在目录部分点击相应章节就能跳到相应章节去。

另外每一章节在pdf文档的Bookmark中也都有，可以通过点击Bookmark的相应标题直接跳到相应章节，所以查阅很方便快捷。

手册第二页的内容是All users must read。

这是一定要读的，所以把它放到手册最开头。

第三页是Linux users must read，这是使用Linux版Multiwfn的用户一定要读的。

手册第一章是Multiwfn的特点、功能的整体概述。

这一章务必要读。

手册第二章是关于Multiwfn程序自身的一些说明，包括Multiwfn的支持的文件格式、图像格式等等。

这一章可以根据小节的标题有选择性地阅读。

*如果是Linux用户，务必阅读2.1.2节，按照其中的方法配置系统。

*Multiwfn在实空间函数的分析、绘制上是其强项之一，2.6节简明扼要地介绍了各种Multiwfn支持的实空间函数。

如果要计算某实空间函数但是对它又不熟悉的话，应当阅读一下相应的介绍。

另外，在实空间函数的计算上有一些可调设定会在相应位置说明，比如settings.ini文件里的laplfac参数，它控制电子密度拉普拉斯函数前面乘的系数，这个参数会在介绍拉普拉斯函数的地方说明。

*2.5节建议尽量完整阅读一遍，其中介绍了Multiwfn支持的各种文件格式，特别注意其中的表格列出了每种文件格式包含了哪类信息。

Multiwfn的不同功能所需要的信息不同，必须得在程序运行一开始将含有相应信息的输入文件载入才行。

如果输入文件类型不对，则执行功能时可能出错退出。

手册第三章是Multiwfn的各个功能的基本原理和选项的含义。

这一章可以有选择地看，用到哪个功能就去看哪一节。

刚进入Multiwfn并载入文件后，会看到一个主菜单，这个列表里的每一项被称为“主功能”，主功能里面有的会有很多子功能，子功能里可能又会有很多选项。

在手册第三章中，每一个二级标题对应于一个主功能，二级标题末尾的括号里的数字就是对应的主功能在Multiwfn主菜单里的编号。

比如3.10 Orbital composition analysis (8)，这一节介绍的就是轨道成分分析功能，也就是Multiwfn的主功能8。

这一节下面的各个三级标题对应了各种不同的轨道成份计算方法。

Multiwfn的一些重要的、需要特别解释一下的选项会在手册相应章节里说明；而一些不重要的、从选项名字上一看就能明白的选项有的就不专门提及了。

特别注意第三章的每个章节末尾会看到类似这样的信息（以3.9节布居分析为例）Information needed: Basis functions (MPA, Lowdin, MMPA), GTFs (Hirshfeld, VDD, Becke, ADCH, CHELPG, MK), atom coordinates这就代表，如果要计算原子电荷，必须首先拥有原子坐标信息。

若是计算MPA, Lowdin, MMPA 这三种原子电荷，还需要基函数信息。

若计算Hirshfeld, VDD, Becke, ADCH, CHELPG, MK 这些电荷，则需要GTF（原始高斯函数）信息。

从手册2.5节的表格可以看到，.wfn、.fch 等格式包含了原子坐标和GTF信息，因此计算Hirshfeld, VDD, Becke, ADCH, CHELPG, MK 这些原子电荷时既可以用.wfn也可以用.fch文件作为一开始的输入文件，只要产生二者的条件相同，则结果是一样的。

从表格中也看到，由于只有.fch文件同时具备基函数和原子坐标信息，所以想计算MPA, Lowdin, MMPA原子电荷的话，就必须得用.fch格式作为输入文件。

如果一开始载入的文件类型不含有某些功能所需要的信息，那么在Multiwfn的菜单中这些功能可能会消失不见，或者虽然能看见，但是选了之后就会出错终止。

因此，使用Multiwfn 的功能时如果不确定应该用什么类型输入文件，应当查看相应章节末尾的Information needed，看看这个功能需要什么信息，结合2.5节的表格来决定应该用什么输入文件。

或者参考教程部分相应的例子也可以。

手册第四章的开头介绍了如何生成wfn和fch文件（Multiwfn大半部分的功能靠这两个文件作为输入），应当仔细看看。

之后是教程，包含了约50个精心撰写例子，覆盖了Multiwfn 的大部分重要的功能。

学习Multiwfn的基本使用方法最好的方式就是看这些教程。

我十分建议用户将第四章的例子从头到尾做一遍，这些例子涉及到的文件基本上在程序压缩包里的examples目录下都提供了，做完这些例子后对Multiwfn的基本使用就比较熟练了，同时也会了解很多波函数分析的知识。

但如果某些例子和自己的研究实在关系不大，有选择性地跳过一些也无妨。

在做这些例子的时候，应当特别注意揣摩Multiwfn程序的设计思想，领会各个功能、每一步操作的含义，这样才能达到举一反三的效果，从而对于教程中没有涉及到的功能也能很快理解用法，实现教程中没有涉及到的应用。